Power-System-on-a-Chip PoL-Wandler im Chipgehäuse

Komplette PoL-Wandler in einem chipähnlichen Gehäuse gibt es von ein paar Anbietern. Ein neuer Ansatz lautet »Power-System-on-a-Chip«, der auch für die Induktivität Halbleiter-Herstellungstechniken nutzt. Ergebnis ist eine 3-A-Stromversorgung auf 4 mm x 6 mm.

So groß wie ein Halbleiterchip in einem QFN24-Gehäuse ist der PoL-Wandler »EN5339« von Enpirion. Auf einer Grundfläche von 4 mm x 6 mm und 1,1 mm Höhe vereinigt die »Power-System-on-a-Chip« oder »Power-SoC« genannte Stromversorgung auf einem Halbleiter-Leadframe PWM-Controller, Leistungs-MOSFETs, Kompensationsnetzwerk und Induktivität.

Die Spule besteht aus einer Eisen-Kobalt-Legierung, die elektrolytisch auf einem Siliziumwafer abgeschieden wird. Bei Eingangsspannungen von 2,375 V bis 5,5 V liefert der EN5339 Spannungen von 0,60 V bis 3,7 V bei Strömen bis 3 A am Ausgang. Der Ripple des Bausteins von 6 mV und die niedrigen elektromagnetischen Abstrahlungen machen externe Rauschfilter meist überflüssig. Auch Kühlkörper können aufgrund der thermischen Eigenschaften und der Bauweise des EN5339 eingespart werden.

Der Wirkungsgrad wird mit bis zu 96% angegeben. Nur drei bis sechs kleine Keramikkondensatoren sind als externe Komponenten nötig, da der Wandler mit mehreren Megahertz Schaltfrequenz arbeitet. Damit sollen Ingenieure den Entwicklungsaufwand gegenüber einer herkömmlichen diskreten Stromversorgung beachtlich reduzieren können.

Aufgrund seiner geringen Grundfläche und seiner niedrigen Bauhöhe eignet sich der EN5339 besonders für Embedded-Module wie Ultra COM Express, PC/104, Qseven, ATCA Advanced Mezzanine Cards (AMC) und Compact PCI. Enpirions PowerSoCs erfordern weniger Designschritte mit einer deutlich geringeren Zahl an Entwurfszyklen als diskrete oder modulare Implementierungen.

Des Weiteren stehen dem Entwickler geprüfte Gerber-Dateien für das Leiterplattenlayout zur Verfügung. Embedded-Systeme enthalten mindestens vier PoL-Versorgungsspannungen, die kostbaren Platz auf der Leiterplatte verbrauchen. Die geringe Bauhöhe des EN5339 sowie die geringe PoL-Gesamtfläche ermöglichen die Entwicklung von Computer-on-Module-Lösungen  mit höchsten Packungsdichten sowie dicht gepackten Multi-Board-Designs und die damit oft erforderliche Befestigung auf der Leiterplattenunterseite.

Enpirion PowerSoCs erzielen eine MTBF (Mean Time Between Failure) von 21 800 Jahren. Die Bauteile des Unternehmens sind für den industriellen Einsatz ausgelegt und erfordern bis +85 °C Umgebungstemperatur kein Derating. Die PoL-Wandler sind als komplettes Power-System spezifiziert, simuliert, charakterisiert, geprüft und in der Fertigung getestet. Der EN5339 befindet sich derzeit in der Bemusterung, die Serienproduktion soll im Dezember 2011 beginnen. Der Preis liegt bei Mengen von 1000 Stück bei 1,88 US-Dollar.